Zarządzanie poborem energii w miastach
Miasta zajmują zaledwie 2% powierzchni Ziemi, jednak odpowiadają za ponad 80% emisji gazów cieplarnianych. Zintegrowane systemy ograniczające pobór energii w miastach i zarządzające jej przepływem odegrają kluczową rolę w procesie redukcji emisji dwutlenku węgla na skalę globalną. W ramach finansowanego z funduszy unijnych projektu AMBASSADOR (Autonomous management system developed for building and district levels) opracowano system, którego zadaniem jest optymalne zarządzanie poborem energii w miastach. Został on zaprojektowany tak, aby kontrolować zużycie energii cieplnej i elektrycznej w poszczególnych budynkach, powiązanych zespołach budynków, a nawet w całych dzielnicach miast. System nie tylko zarządza przepływem energii, lecz także dostarcza prognoz dotyczących jej zużycia i produkcji przy jednoczesnej kontroli obu tych procesów. Ma on umożliwić poszczególnym przedsiębiorstwom priorytetowe traktowanie kwestii redukcji kosztów, emisji CO2, a także szeregu innych opcji i konfiguracji. Kluczem do skutecznego działania całego systemu jest dzielnicowy system zarządzania energią i informacji energetycznej o nazwie DEMIS (District Energy Management and Information System). Jednostka ta odbiera gromadzone dane oraz współpracuje z innymi systemami kontroli w celu optymalizacji kosztów i zużycia energii. Po zbudowaniu wstępnego modelu architektury i zdefiniowaniu celów zespół wdrożył prototyp systemu w trzech obszarach pokazowych. Korzystając z przygotowanych w ramach projektu narzędzi, uczeni przeprowadzili symulacje oraz testy zarówno prostych, jak i bardziej skomplikowanych modeli. Opracowano algorytmy umożliwiające sterowanie predykcyjne w obrębie budynków lub dzielnic. Wyniki testów dowiodły, że zużycie energii może zostać poddane optymalizacji w skali całej dzielnicy. Do zarządzania miasteczkami uniwersyteckimi wykorzystano scentralizowane urządzenia sterujące, podczas gdy za kontrolę przepływu energii w dzielnicach obejmujących wiele organizacji odpowiedzialny był rozproszony system optymalizacji. W ramach drugiej ze wspomnianych metod badacze przetestowali dekompozycję prymalną i dualną. Rezultaty badań wykazały dużą oszczędność kosztów w ujęciu dzielnicowym. W obrębie poszczególnych budynków zmniejszono koszty o 10 do 40%, co pozwoliło uzyskać średni wynik wynoszący 28%. Algorytmy dla sieci ciepłowniczej zredukowały zużycie gazu o 20%. W podobny sposób udało się ograniczyć koszty w dzielnicach skupiających wiele organizacji, uzyskując redukcję w zakresie od 10 do 20%. Oprócz wspomnianych funkcji system może maksymalizować pobór energii odnawialnej z własnych, lokalnych źródeł w okresach szczytowego zapotrzebowania. Uczeni wykazali, że jest on w stanie wygenerować optymalny harmonogram ładowania floty pojazdów elektrycznych. Co więcej, zespół wydał szczegółowe zalecenia, które pomogą w przyszłości wdrożyć inteligentny system w dzielnicach miast. Dzięki temu technologie optymalizacji przyczynią się do ograniczenia ponoszonych kosztów oraz zmniejszenia emisji dwutlenku węgla.
Słowa kluczowe
Zużycie energii, budynki, AMBASSADOR, autonomiczny system zarządzania, dzielnice miast